DE2830134C2

DE2830134C2 - Verfahren zum Ablagern einer Metall- oder Legierungsschicht auf ein elektrisch leitendes Werkstück

Info

Publication number: DE2830134C2
Application number: DE19782830134
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Ing.(grad.) 7981 Grünkraut Kieferle; Franz 7987 Weingarten Wäschle
Original assignee: Individual
Current assignee: KIEFERLE, WOLFGANG, ING.(GRAD.), 7981 BERG, DE
Priority date: 1978-07-08
Filing date: 1978-07-08
Publication date: 1983-12-08
Also published as: DE2830134A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablagern einer Metall- oder Legierungsschicht auf ein elektrisch leitendes Werkstück mittels einer Glimmentladung, wozu das Werkstück als die eine Elektrode eines elektrischen Feldes in einer mit Trägergas beschickten Unterdruckkammer geschaltet ist, wobei das Trägergas und das Spendermedium vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisiert werden und im ionisierten Zustand in das elektrische Feld der Unterdruckkammer überführt werden.

Bislang wurden zu diesem Zweck die zu beschichtenden Werkstücke in einem galvanischen Bad mit Hilfe von Säuren oder Laugen unterschiedlichen Behandlungszeiten ausgesetzt

Diese Galvanisierverfahren haben den Nachteil, daß sie durch die benötigten Säuren oder Laugen zu einem immer stärker werdenden Umweltproblem werden. Zumindest sind sehr hohe Investitionen erforderlich, um die dabei entstehenden Abwässer zu neutralisieren, sofern nicht hier oder dort die zuständigen Behörden die Einrichtung solcher Anlagen im vorhinein untersagen. Wegen der hohen Salzfracht der neutralisierten Abwasser entstehen hohe Abwasserabgaben. Allerdings sind auch schon Verfahren bekannt geworden, bei denen das Auflagern einer Metallschicht auf ein elektrisch leitendes Werkstück mittels einer Glimmentladung erfolgt, wozu das Werkstück als die eine Elektrode eines elektrischen Feldes in einer mit Trägergas beschickten Unterdruckkammer geschaltet ist, während die andere Elektrode aus dem Beschichtungsmetall besteht Diese Verfahren haben sich als nicht sehr geeignet erwiesen, da sie wegen des raschen Verbrauchs der metallabgebenden Elektrode nur die die Beschichtung von Drähten oder kleineren Werkstücken, und das wegen der geringen Energie der auftreffenden Metallionen nur mit äußerst dünnen und nicht sehr festhaftenden Schichten gestatten.

Der Vollständigkeit halber sei auch das sogenannte Gasplattieren, wie es beispielsweise in der DE-AS 11 04 284 beschrieben ist, wobei ein Plattierungsgas mittels radioaktiver Stoffe (Ra; U) ionisiert wird, erwähnt B.eim Gasplattieren wird im wesentlichen das aufzulagernde Metall aus einem eine entsprechende Metallverbindung enthaltenden oder aus einer solchen bestehenden Gas auf das Werkstück abgeschieden, das aber dazu hocherhitzt werden muß. Derart hohe Temperaturen — es handelt sich dabei um solche von 1200⁰C und darüber — beeinträchtigen die physikalischen Eigenschaften des Werkstückes, so daß man in der Verwendung des Gasplattierverfahrens sehr beschränkt ist

Es sind weiter Aufdampfverfahren, wie z. B. aus der US-PS 39 61 103 bekannt Mit diesem Verfahren werden jedoch nur Ionen im Kathodenfall beschleunigt Es sind damit nur dünne Filme auf einem Werkstück erzielbar. Das Verfahren dient zum Aufdampfen solcher dünner Filme, beispielsweise auf Halbleiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die oben genannten Nachteile vermeidet das umweltfreundlich und zur Erzeugung dicker Schichten auch auf größeren Werkstücken geeignet ist, wobei die Erhitzung des Werkstükkes auf schädliche Temperaturen nicht erforderlich ist

Die Lösung wurde in überraschender Weise durch eine Weiterentwicklung der an zweiter Stelle genannten Verfahren gefunden. Mit der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem zum Abstäuben von Spendermedium unter Zuhilfenahme eines in Turbulenz versetzten und der Ionisierung mittels Lichtbogen unterworfenen Trägergases herangezogen und diesen Lichtbogen der Glimmentladung überlagert wird, so daß unter Ausnutzung des Kathodenfalls den vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisierten Metallionen des als eine Elektrode geschalteten Spendermediums zusätzlich Energie zugeführt und diese Metallionen mit hoher Geschwindigkeit auf das als die andere Elektrode geschaltete Werkstück ein- un<i/oder abgelagert wird.

Vorteilhafterweise wird das Trägergas zuerst in Turbulenz versetzt und bei seinem Weg zur Unterdruckkammer über die Oberfläche des Spendermediums geführt

Vorteilhafterweise werden bei der Durchführung des Verfahrens die vom Trägergas abgestäubten Metallatome des Spendermediums durch das Trägergas vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisiert

Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor,

daß weitere, nicht vorionisierte Metallionen des Spendermediums zum Ablagern der Schicht verwendet werden.

Auch können mit Vorteil nicht vorionisierte Metallionen des Spendermediums zum Ablagern eber Grundschicht eingesetzt werden, auf die danach mindestens eine Schicht aus nicht vorionisierten Metallionen des Spendermediums abgelagert werden.

Eine zur Durchführung erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung weist einen Ionenerzeuger auf, der aus einem mit dem Trägergas beschickbaren Turbulenzraum, einer Einrichtung zur Bildung eines Lichtbogens im Turbulenzraum und Mitteln für den Kontakt zwischen dem Trägergas und dem Beschichtungsmetall besteht.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise in schematischer Darstellung in

F i g. 1 eine derartige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine Ausfühnin3sform des Ionenerzeugers in größerem Maßstab.

Gemäß Fig. 1 ist auf eine elektrisch leitfähige, isolierte Platte 1 eine Haube 2 zur Bildung der Unterdruckkammer 3 gasdicht aufgesetzt Eine Rohrleitung 4, die isoliert durch die Platte 1 geführt ist, ist an die Unterdruckkammer 3 angeschlossen und dient in bekannter Weise zu deren Evakuierung. Auf der Platte 1 wird von Stützisolatoren 5 und 6 die Werkstückauflage 7 getragen. In ihrer Decke besitzt die Haube 2 eine Öffnung, in welche ein Ionenerzeuger eingesetzt ist Die Platte 1 und mit ihr die Haube 2 sowie das Gehäuse 9 des Ionenerzeugers und dessen Deckel 10 sind durch die Leitung 11 an den positiven Pol einer nicht gezeichneten Stromquelle anschließbar. Die Werkstückauflage 7 ist durch eine Leitung 12, die durch den Stützisolator 6 geführt ist, an den negativen Pol der Stromquelle angeschlossen. Die Platte 1 und die Haube 2, ebenso auch die Werkstückauflage 7 sind aus einem gegenüber einer Ionenauslösung hochwiderstandsfähigen Legierung hergestellt

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Ionenerzeugers 8 ist im Gehäuse 9 eine zur Unterdruckkammer 3 weisende öffnung 13 vorgesehen, in die eine gasdurchlässige Platte 14 aus dem Beschichtungsmetall eingesetzt ist Im Deckel 10 ist eine Zündkerze 15 eingeschraubt, deren Mittelelektrode 16 durch die Leitung 17 an den negativen Pol der erwähnten Stromquelle angeschlossen ist.

Die Gegenelektrode 18 ist über den Deckel 10, das Gehäuse 9, die Haube 2 und die Platte 1 an den positiven Pol der erwähnten Stromquelle anschließbar. In den vom Gehäuse 9 und Deckel 10 umschlossenen Turbulenzraum 19 mündet ein gegenüber dem Gehäuse 9 isolierter Stutzen 20 für die Zuleitung des Trägergases.

Schließlich sind noch hier nicht eigens beschriebene und gezeichnete Mittel bekannter Art zur Regulierung der Spannung und zur Einstellung und Konstanthaltung des Druckes in der Unterdruckkammer je nach den günstigsten Arbeitsbedingungen vorgesehea Das mit der Metallbeschichtung zu versehende

ίο Werkstück 21 wird auf die Werkstückauflage 7 aufgelegt, die Haube 2 auf die Platte 1 aufgesetzt und die so geschlossene Unterdruckkammer 3 durch die Rohrleitung 4 evakuiert Hernach wird durch den Stutzen 20 das Trägergas (z. B. Argon) eingelassen und die Platte 1, die Haube 2 usw. an die Plusspannung gelegt Es baut sich zwischen Platte 1 und Haube 2 als Anode einerseits und dem Werkstück 21 als Kathode andererseits ein elektrisches Feld auf. Ferner entsteht zwischen der Gegenelektrode 18 und der Mittelelektrode 16 der Zündkerze 15 ein Lichtbogen.

Durch diesen Lichtbogen wird das in den Turbulenzraum 19 eingetretene Trägergas ionisiert und in eine Wirbelströmung versetzt. Die Gasionen dringen durch die Platte 14 aus Beschichtungsmetall und stäuben daraus Metallionen ab, weiche als eine Art »Ionenregen« in das elektrische Feld in der Unterdruckkammer 3 gelangen. In diesem werden sie in Richtung des Werkstücks 21 umgelenkt und treffen dort im Zuge der Glimmentladung zwischen Anode 1, 2 und Kathode 21 mit sehr hoher Geschwindigkeit auf, derart, daß sie zum Teil in die Oberfläche des Werkstückes 21 eindringen und in der Folge eine äußerst festhaftende Metallschicht auf dem Werkstück 21 bilden. Dabei wird die Dicke der Schicht im wesentlichen durch die Dauer des Beschichtungsvorganges bestimmt

Mittels zusätzlicher Elektroden kann der Beschichtungseffekt verstärkt werden, besonders wenn es sich darum handelt, größere Schichtdicken zu erzielen. Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß der Ionenerzeuger 8 nur einleitend zur Erzeugung einer

ersten festhaftenden Grundschicht verwendet wird, worauf die weitere Beschichtung in herkömmlicher Weise von den zusätzlichen Elektroden aus erfolgt.

Schließlich kann man auch durch mehrere Ionenerzeuger 8, die mit unterschiedlichen Beschichtungsmetallen ausgestattet sind, eine legierungsartige Beschichtung des Werkstückes erzielen. Das Gleiche kann auch erreicht werden, wenn die erwähnten zusätzlichen Elektroden aus verschiedenen Beschichtungsmetallen

so bestehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ablagern einer Metall- oder Legierungsschicht auf ein elektrisch leitendes Werkstück mittels einer Glimmentladung, wozu das Werkstück als die eine Elektrode eines elektrischen Feldes in einer mit Trägergas beschickten Unterdruckkammer geschaltet ist, wobei das Trägergas und das Spendermedium vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisiert werden und im ionisierten Zustand in das elektrische Feld der Unterdruckkammer überführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abstauben von Spendermedium unter Zuhilfenahme eines in Turbulenz versetzten und unter Ionisierung mittels Lichtbogen unterworfenen Trägergases herangezogen und dieser Lichtbogen der Glimmentladung überlagert wird, so daß unter Ausnutzung des Kathodenfalls den vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisierten Metallionen des aJs eine Elektrode geschalteten Spendermediums zusätzlich Energie zugeführt und diese Metallionen mit hoher Geschwindigkeit auf das als die andere Elektrode geschaltete Werkstück ein- und/oder abgelagert wird. ·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas zuerst in Turbulenz versetzt und bei seinem Weg zur Unterdruckkammer über die Oberfläche des Spendermediums geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Trägergas abgestäubten Metallatome des Spendermediums durch das Trägergas vor Eintritt in die Unterdruckkammer ionisiert werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere, nicht vorionisierte Metallionen des Spendermediums zum Ablagern der Schicht verwendet werden

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nicht vorionisierte Metallionen des Spendermediums zum Ablagern einer Grundschicht eingesetzt werden, auf die danach mindestens eine Schicht aus nicht vorionisierten Metallionen des Spendermediums abgelagert wird.